سوپرخازنهای جلبک دریایی: انرژیسازهای بلعیدهشونده با خاصیت ضدباکتریایی برای آینده پزشکی

سوپرخازنهای جلبک دریایی انرژیسازهای بلعیدهشونده با خاصیت ضدباکتریایی برای آینده پزشکی, تیم محققان دانشگاه علم و فناوری چین موفق به توسعه سوپرخازنهای زیستتجزیهپذیر مبتنی بر جلبک دریایی سارجاسوم شدهاند که میتوانند دستگاههای پزشکی قابل بلع را با انرژی تامین کنند و همزمان باکتریهای زیانآور را از بین ببرند.

چالش تامین انرژی در بیوالکترونیک در پزشکی مدرن، تقاضا برای دستگاههای الکترونیکی مینیاتوری و قابل بلع که بهصورت ایمن در بدن کار کنند، روزافزون است. با این حال، باتریهای سنتی حاوی فلزات سمی و الکترولیتهای خطرناک هستند که در صورت نشت، سلامت بیمار را تهدید میکنند. همچنین روشهای کاشتنی معمول، نیاز به جراحی برای نصب و خارج کردن دارند.

محققان طولانیمدت در جستجوی جایگزینهای ایمن از جمله سوپرخازنهای مبتنی بر قند یا برداشت انرژی مکانیکی بودهاند، اما این روشها اغلب با خروجی انرژی پایین یا عدم تجزیهپذیری کامل در بدن روبرو میشوند. سازماندهی نوین بر پایه نانو الیاف جلبک سوپرخازن جدید از نانو الیاف سلولزی استخراج شده از جلبک سارجاسوم بهره میبرد که قطر هرکدام تنها ۲۰ تا ۳۰ نانومتر است.

این الیاف با ذرات کربن فعال نانو (پردازش شده از طریق آسیاب توپ با شدت بالا) ترکیب شدهاند تا موادی با هدایت الکتریکی بالا و سطح گسترده برای ذخیره بار تشکیل دهند. همین نانو الیاف بهعنوان جداکننده بین الکترودها عمل میکنند، در حالی که ورق طلا خوراکی نقش جمعآورنده جریان را ایفا میکند. تمام اجزا در موم زنبور عسل خوراکی محصور شده و در مخصوصی قرار میگیرند که در رودهها حل میشود.

عملکرد برتر و ظرفیت انرژی بالا این دستگاه توانسته ظرفیت الکترود ۲.۲۹ فاراد بر سانتیمتر مربع را ثبت کند که تقریباً ده برابر دستگاههای مشابه قابل هضم است. چگالی انرژی به ۳۰۷ میکروواتساعت بر سانتیمتر مربع میرسد که برای تغذیه سنسورهای کوچک و سیستمهای تحویل دارو در طول چند ساعت کفایت میکند. این پیشرفت امکان استفاده در کپسولهای اندوسکوپی، سنسورهای پایش مداوم حالت گوارش و سیستمهای هوشمند رهاکننده دارو را فراهم میآورد.

مکانیزم ضدباکتریایی خودکار آزمایشها در محیط گوارشی شبیهسازی شده نشان داد تخلیه الکتریکی طبیعی دستگاه، در عرض ۱۰ دقیقه تقریباً ۱۰۰ درصد باکتریهای ای. کولی را از بین میبرد. این اثر ضدباکتریایی در طول کارکرد عادی و بدون نیاز به اجزای اضافه رخ میدهد و میتواند در درمان عفونتهای رودهای نقش تکمیلی ایفا کند. ایمنی حیاتی و تجزیه کامل در بدن محققان ایمنی مواد را بهصورت گسترده ارزیابی کردند.

پس از ۲۴ ساعت تماس با سلولهای مخاطی معده انسان، بیش از ۹۳ درصد سلولها زنده و سالم ماندند که نشاندهنده بیسُمیت بالا است. پس از پایان عمر مفید، دستگاه به قطعات ریزی تجزیه میشود که باکتریهای روده آنها را به مواد مغذی پایه تبدیل میکنند، دقیقاً مشابه هضم طبیعی جلبک دریایی. افاق کاربرد و چالشهای پیش رو ترکیب مواد خوراکی، خروجی انرژی بالا و تجزیهپذیری کامل، گامی مهم در جهت الکترونیکهای بلعیدهشونده عملی است.

با این حال، برای ورود به کاربرد بالینی، بهینهسازی طول عمر دستگاه، تأیید ایمنی در آزمایشات انسانی و استانداردسازی فرآیند تولید ضروری است. این فناوری پتانسیل دارد پایه نسل جدیدی از تجهیزات پزشکی ایمن، پایدار و سازگار با محیط زیست را شکل دهد.